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    3D打印一次性可降解電池
    作者:管理員    發布于:2021-10-23 14:20:57    文字:【】【】【
          2021年10月22日,瑞士聯邦材料科學與技術實驗室(EMPA)的研究人員已經使用3D打印技術創造了一種環??沙掷m的新型超級電容器。

           這種完全3D打印的電池由靈活的纖維素和甘油基底組成,用導電的碳和含石墨的墨水繪制圖案,能夠承受成千上萬次的充電循環,同時保持其容量。由于可生物降解的基底,這種新型電池在使用完畢后還可以被堆肥,有可能使其成為解決世界電子廢物問題的理想工具。
    MPA的科學家聲稱,隨著最近電子可穿戴設備、包裝和物聯網(IoT)應用的蓬勃發展,它們的全球總量上升到270億。然而,鑒于這些設備的生命周期很短,而且它們往往由不可再生的鋰離子或堿性電池供電,許多此類產品最終將被填埋,使全球電子垃圾問題加劇惡化。

          因此,為了致力于開發更多的生態友好型能源儲存設備,科學家們已經開始試驗電雙層電容器,或"EDLCs"。這些高容量、快速充電的超級電容器至少可以部分由可生物降解的材料制造,有可能使它們成為普通電池的理想替代品,而普通電池通常需要專門的處理服務。

         盡管在EDLC的研發中已經進行了大量的研究,但它各個不同的部分,如電極和集電器,可能很難通過單一的制造工藝來生產。更重要的是,許多EDLC原型最多只是部分3D打印,需要耗費時間和昂貴的組裝或后期處理,這使得它們作為商業投資沒有吸引力。

    EMPA研究人員的電池DIW 3D打印方法。圖片來自《先進材料》雜志。
    G-H)3D打印的高導電性橋接支架的圖片(光學圖片和SEM圖像);I)從上到下:10、5、2.5mm高寬比
    A)打印電解質層之前的打印品照片,包括用集電油墨獲得的電接觸的放大圖;B)折疊后的一次性裝置的照片。
    E)一次性紙質超級電容器的打印設計示意圖。F) 印刷在曲面基板上的集電體的照片,單個墊子的電阻為38Ω。G) 在曲面基底上打印的超級電容器陣列為桌面時鐘供電21分鐘的照片

    一個 "最先進的"超級電容器

    為了簡化EDLC的生產并創造一個屬于他們自己的生態友好型電池,EMPA團隊轉向了DIW 3D打印,他們用這種方法來制造兩個“電池半成品”,然后再將它們折疊在一起。在實踐中,這意味著首先打印單元的基底,然后在上面沉積其電極和導電石墨填充的電解質層,在這個過程中,經過一些調整,產生了一個功能性電池。

    EMPA纖維素和木質材料實驗室的XavierAeby說:"這表面上聽起來很簡單,但事實上根本不是。它需要進行一系列的測試,直到所有的參數都是正確的,直到所有的部件都能從打印機中可靠地流出,電容器也能工作。此外,作為研究人員,我們不想只是形式上的擺弄,我們還想了解材料內部正在發生什么。"

    在超級電容器原型制作完成后,科學家們試圖通過將其充電到0.5V,然后測量其開放的表面電壓來測試其電荷保留。據研究人員稱,他們的設備在150小時后仍有30%的剩余電量,它的性能與當前最先進的碳基超級電容器站到了一個水平線上。

    有趣的是,研究人員發現,他們的超級電容器的容量在制造后也波動了兩周,然后穩定下來,而后來在儲存了8個月后仍然保持功能,當他們完成實驗并試圖將其堆肥時,他們能夠在9周內溶解其質量的50%左右。

    在測試過程中,該團隊的設備最終能夠在機械壓力下為一個3V的鬧鐘供電,并能在變化很大的溫度下工作。因此,隨著進一步的研發,他們說它可以在更大的范圍內部署,為低電壓的智能設備持續供電,例如那些用于環境監測、電子紡織品或醫療保健的應用。
     
    標簽:3D打印電池
     
     
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